Туннель для автодорог, железных дорог и метрополитенов
Владельцы патента RU 2602533:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к горному и подземному строительству, в частности к конструкциям туннелей для автодорог, железных дорог и метрополитенов. Туннель для автодорог, железных дорог и метрополитенов с защитной обделкой, имеющий поперечное сечение в виде фигуры постоянной ширины. Поперечное сечение туннеля выполнено в виде треугольника Релло, причем один из углов треугольника Релло расположен в верхней сводной части туннеля. Технический результат состоит в повышении прочности, устойчивости и надежности работы туннеля для автодорог, железных дорог и метрополитенов в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях. 1 ил.
Изобретение относится к горному и подземному строительству, в частности к конструкциям туннелей для автодорог, железных дорог и метрополитенов.
Известен туннель для железных дорог с защитной железобетонной обделкой, имеющий поперечное сечение в виде неравносторонней параболической фигуры с арочным сводом [см. Тоннель и метрополитены (под редакцией Храпова В.Г.). М.: Транспорт, 1989, с. 77, рис. 5.3 (правый рисунок)].
Основным недостатком указанной конструкции является ограниченная надежность работы в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях из-за неравнопрочности конструкции и ограниченной устойчивости сводной части железнодорожного туннеля.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому является туннель для метрополитена с обделкой из сборного железобетона, имеющий поперечное сечение в виде круга [см. Тоннель и метрополитены (под редакцией Храпова В.Г.). М.: Транспорт, 1989, с. 183, рис. 10.13 (правый рисунок)].
Основной недостаток конструкции туннеля-прототипа заключается в ограниченной надежности работы в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях из-за ограниченной прочности круглого сечения туннеля, особенно в его сводной части.
Задачей изобретения является повышение прочности, устойчивости и надежности работы туннеля для автодорог, железных дорог и метрополитенов в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях.
Для решения поставленной задачи в туннеле для автодорог, железных дорог и метрополитенов с защитной обделкой поперечное сечение туннеля выполнено в виде треугольника Релло, причем один из углов треугольника Релло расположен в верхней сводной части туннеля.
Сущность изобретения заключается в том, что поперечное сечение туннеля выполнено в виде треугольника Релло, причем один из углов треугольника Релло расположен в верхней сводной части туннеля.
Такой новый признак, как выполнение поперечного сечения туннеля в виде треугольника Релло, позволяет предложенному техническому решению приобрести новой свойство, заключающееся в том, что у туннеля с сечением в виде треугольника Релло при одинаковых площадях с туннелем с сечением в виде круга повышается поверхность как выработки, так и обделки. Это придает транспортному туннелю с обделкой более высокую устойчивость и прочность по отношению к внешним статическим и динамическим нагрузкам. Второй новый признак, как расположение одного из углов треугольника Релло в верхней сводной части туннеля, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в том, что одна из наиболее жестких зон (угловая зона) треугольника Релло располагается в наиболее напряженной части транспортного туннеля.
Вышеуказанные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению достигнуть положительного эффекта, заключающегося в повышении прочности, устойчивости и надежности работы туннеля для автодорог, железных дорог и метрополитенов в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях. Все это позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показан туннель для автодорог, железных дорог и метрополитенов с защитной обделкой, поперечное сечение.
Туннель для автодорог, железных дорог и метрополитенов сооружается в горной или грунтовой выработке 1, выполненной в поперечном сечении в виде фигуры Релло. Защитная обделка 2 туннеля также выполнена в поперечном сечении в виде фигуры Релло. Один из углов 3 треугольника Релло сечения туннеля расположен в верхней сводной части 4 туннеля.
Треугольник Релло представляет собой фигуру постоянной ширины, образованную пересечением трех дуг радиуса а, центр которого находятся в вершинах равностороннего треугольника со стороной а.
Из всех фигур заданной постоянной ширины треугольник Релло обладает наименьшей площадью. Если ширина его равна а, то его площадь равна . Следовательно, при равных площадях, треугольник Релло имеет большую ширину по сравнению с кругом. По сравнению с транспортным туннелем с защитной обделкой, имеющей круглое поперечное сечение в виде треугольника Релло, имеет больший периметр, а следовательно, большую поверхность (это относится к выработке и конструкции защитной обделки), что имеет существенное значение для более эффективного рассеяния поверхностных напряжений.
Поверхность выработки и защитной обделки 2 туннеля с поперечным сечением в виде треугольника Релло, по сравнению с туннелем с круглым поперечным сечением, увеличивается более чем на 5%.
У треугольника Релло, по сравнению с кругом той же площади, диаметр почти во всех направлениях, проходящих через центр тяжести фигуры, больше на 5%, за исключением нескольких направлений, где они равны. Следовательно, жесткость транспортного туннеля увеличивается.
Наиболее жесткие участки в реллообразном туннеле для автодорог, железных дорог и метрополитенов формируются в угловых зонах. Поэтому наиболее рационально один из углов 3 реллообразного сечения туннеля расположить в верхней сводной части 4 туннеля. Свод, образованный в виде угла треугольника Релло, по результатам модельных исследований, оказался на 15-25% устойчивее полукруглого свода выработки и обделки туннеля.
Защитная обделка туннеля выполняется из монолитного железобетона или сборных железобетонных или металлических тюбингов.
Углы при вершинах треугольника Релло равны 120°, т.е. сложность армирования угловых зон монолитных железобетонных обделок реллообразного туннеля не возникает.
Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, заключается в повышении прочности, устойчивости и надежности работы туннеля для автодорог, железных дорог и метрополитенов в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях.
Туннель для автодорог, железных дорог и метрополитенов с защитной обделкой, имеющий поперечное сечение в виде фигуры постоянной ширины, отличающийся тем, что поперечное сечение туннеля выполнено в виде треугольника Релло, причем один из углов треугольника Релло расположен в верхней сводной части туннеля.
